奥氏体低温分解形成下贝氏体中的ε-Fe_3C相的价电子结构分析

利用最近发表的固体与分子经验电子理论,根据已有的晶体结构资料,对ε-Fe_3C的价电子结构进行了分析。通过键距差分析和原子磁距等两方面的论证得出结论:1.在ε-Fe_3C中,碳原子处于第6杂阶,Fe原子处于甲种杂化的第11阶; 2.它具有n_4(Fe-c)键,且有n_A=0.8440;3.n_A键在空间分布极为规则,形成三维的规则的网状结构,预期该结构应有大的机械强度和低温稳定性;4.就机械强度和硬度来说ε-Fe_3C可能比渗碳体Fe_3C小些,但由于前者的n_A键比后者在空间分布更为均衡,故ε-Fe_3C可能不像渗碳体Fe_3C那样脆。     

AN ANALYSIS OF VALENCE ELECTRON STRUCTURE OF Fe-C MARTENSITE

利用“固体与分子经验电子理论”的BLD方法建立了Fe-C马氏体的价电子结构。碳原子连同其第1、2、3近邻Fe原子构成的小块形成含碳价电子结构单元;相应的不含碳的小块构成不含碳价电子结构单元,两者混乱分布构成马氏体晶体。对1.7wt-％C马氏体得出:含碳结构单元内Fe_Ⅰ,Fe_Ⅱ,Fe_Ⅲ分别在甲种杂化第11,10,8各阶,碳在第6阶;不含碳结构单元内Fe在甲种杂化第8阶。含碳结构单元内n_A=0.9991,n_B=0.8479;不含碳结构单元内n_A,n_B日与α-Fe相同。不同含碳量马氏体中只是两类结构单元相对数量不同。比较两类结构单元的n_A和n_B,立即看出马氏体硬度随含碳量增加而提高,这与实验事实一致。     

Fe-C马氏体价电子结构分析

利用“固体与分子经验电子理论”的BLD方法建立了Fe-C马氏体的价电子结构。碳原子连同其第1、2、3近邻Fe原子构成的小块形成含碳价电子结构单元;相应的不含碳的小块构成不含碳价电子结构单元,两者混乱分布构成马氏体晶体。对1.7wt-％C马氏体得出:含碳结构单元内Fe_Ⅰ,Fe_Ⅱ,Fe_Ⅲ分别在甲种杂化第11,10,8各阶,碳在第6阶;不含碳结构单元内Fe在甲种杂化第8阶。含碳结构单元内n_A=0.9991,n_B=0.8479;不含碳结构单元内n_A,n_B日与α-Fe相同。不同含碳量马氏体中只是两类结构单元相对数量不同。比较两类结构单元的n_A和n_B,立即看出马氏体硬度随含碳量增加而提高,这与实验事实一致。     

渗氮问题的讨论

正1关于化合物层(白亮层)疏松孔洞碳钢存在渗碳体,渗氮时可以形成含氮渗碳体Fe_3(C、N),转变为γ'-Fe_4(C、N),γ'-Fe_(2-3)(C、N),同时有γ'-Fe_4N,ε-Fe_((2-3))N。合金钢中一部分合金元素会置换铁形成γ'-(Fe、Me)4N,ε-(Fe、Me)_(2-3)N等。形成化合物的厚度与氮浓度及时间有关,开始先形成γ'-Fe_4N,逐渐出现ε-Fe_(2-3)N,并不断增厚。随着层深增加,ε-Fe_(2-3)N晶粒粗化,疏松、微裂纹和孔洞不断发展。     

ANALYSIS OF VALENCE ELECTRON AND MAGNETIC MOMENT STRUCTURES OF α-Fe, γ-Fe AND Fe_4N——ELECTRON THEORY OF CASE HARDENING, α-TO γ-Fe PHASE TRANSFORMATION AND CERTAIN OTHER RELATED PROCESSES

从一系列实验和理论结果的考虑,A型和B型的Fe的状态杂化用18级杂阶的形式组成。每级杂阶有不同的共价电子、原子磁矩和单键距等参数,根据这些参数和由N的双原子分子N_2光谱所及的单键距,α-Fe,γ-Fe和Fe_4N=Fe~cNEe_3~f的价电子和磁矩结构进行了分折。从所得结构,从中子衍射所得的α-Fe晶格空间的磁矩分布和α-Fe的[00],[111],[110]实验曲线得到理解。Fe~cNFe_3~f中Fe~c和Fe~f的差别找到了原因。α-Fe→γ-Fe~f是因为磁结构的来源曾谨慎加以考虑。高温氮化的来源均已追溯到共价电子结构的根源。     

α-Fe,γ-Fe和Fe_4N的价电子和磁矩结构分析——α-Fe→γ-Fe相变、高温渗氮表面硬化、渗碳体石墨化及其它材料的电子理论

从一系列实验和理论结果的考虑,A型和B型的Fe的状态杂化用18级杂阶的形式组成。每级杂阶有不同的共价电子、原子磁矩和单键距等参数,根据这些参数和由N的双原子分子N_2光谱所及的单键距,α-Fe,γ-Fe和Fe_4N=Fe~cNEe_3~f的价电子和磁矩结构进行了分折。从所得结构,从中子衍射所得的α-Fe晶格空间的磁矩分布和α-Fe的[00],[111],[110]实验曲线得到理解。Fe~cNFe_3~f中Fe~c和Fe~f的差别找到了原因。α-Fe→γ-Fe~f是因为磁结构的来源曾谨慎加以考虑。高温氮化的来源均已追溯到共价电子结构的根源。     

ZrC1-xNx固溶体的价电子结构与性能

为了预测ZrC1-xNx固溶体的性能,根据固体与分子经验电子理论(EET),对该固溶体相进行了价电子结构分析;采用键距差(BLD)方法,计算了固溶体相中的最强键共价电子数、共价键电子数百分比、最强键键能、熔点等,并分别与ZrC、ZrN基体的价电子结构进行比较.结果表明,ZrC与ZrN相互溶入后,非金属原子的杂阶没有变化,但ZrC1-xNx固溶体中Zr原子的杂阶、最强键上共价电子数、共价键电子数百分比、最强键键能以及熔点均随x值变化而变化.随着x值的增加,Zr原子的杂阶从B11上升到B13,最强键上共价键数、最强键键能、熔点逐渐下降,而共价键数百分比逐渐上升,表明固溶体硬度、韧性、结合能、熔点、导电性能逐渐减小,而强度却逐渐增加.     

合金元素对单相渗碳体磁性粉体制备及性能的影响

通过机械合金化和真空退火热处理的方法制备了单相渗碳体粉末,并结合第一性原理计算,分析了Mn、Cr和Si对合金渗碳体的成相能力及渗碳体磁学性能的影响。结果表明,机械合金化+600℃真空热处理可获得单相渗碳体。Si的加入完全抑制了渗碳体的生成,而加入Mn、Cr对渗碳体生成有促进作用。Cr、Mn合金化的渗碳体的粉末饱和磁化强度及矫顽力较未合金化时纯Fe_3C均有所降低,且Cr元素导致的降低幅度更大。合金渗碳体中Cr-C,Mn-C,Fe-C化学键合强度依次减弱,Cr、Mn合金化渗碳体的结构稳定性优于纯Fe3C。     

SUPERLEDGES AND CARBIDES IN BAINITE

电镜观察发现4340加Si钢在320℃及420℃等温形成的贝氏体宽面上均存在巨型台阶,其高度a为320—850(?),宽度b为1500—1800(?),和根据贝氏体增长速率为0.006μm/s计算所得的b=0.5μm在同一数量级,这些台阶位于惯习面上,为贝氏体的长大台阶。 无论在320℃或420℃等温形成的贝氏体中均存在ε碳化物,ε和α之间的位向呈Jack关系。因此,Hehemann提出的在350℃附近存在γ→α+ε转变的看法自属疑问。等温较长时出现渗碳体,它位于γ和α之间。Fe_3C和γ之间具有Pitsch关系,Fe_3C和α之间为Isaichev关系,γ和α之间具有K-S关系,由此也可建立γ-α-ε或γ-α-Fe_3C之间的位向关系,但尚不能肯定碳化物系相间沉淀。 发现部分γ/α界面呈弯曲状伸展,表示非共格界面。鉴于存在长大台阶以及非共格界面,因此贝氏体的长大机制很难归之于共格切变,而很可能为台阶的伸长。     

贝氏体中的巨型台阶和碳化物

电镜观察发现4340加Si钢在320℃及420℃等温形成的贝氏体宽面上均存在巨型台阶,其高度a为320—850(?),宽度b为1500—1800(?),和根据贝氏体增长速率为0.006μm/s计算所得的b=0.5μm在同一数量级,这些台阶位于惯习面上,为贝氏体的长大台阶。无论在320℃或420℃等温形成的贝氏体中均存在ε碳化物,ε和α之间的位向呈Jack关系。因此,Hehemann提出的在350℃附近存在γ→α+ε转变的看法自属疑问。等温较长时出现渗碳体,它位于γ和α之间。Fe_3C和γ之间具有Pitsch关系,Fe_3C和α之间为Isaichev关系,γ和α之间具有K-S关系,由此也可建立γ-α-ε或γ-α-Fe_3C之间的位向关系,但尚不能肯定碳化物系相间沉淀。发现部分γ/α界面呈弯曲状伸展,表示非共格界面。鉴于存在长大台阶以及非共格界面,因此贝氏体的长大机制很难归之于共格切变,而很可能为台阶的伸长。     

Fe－C－Mn合金奥氏体的价电子结构分析

利用“固体与分子经验电子理论”的键距差分析法建立了Ｆｅ—Ｃ—Ｍｎ合金奥氏体的价电子结构．在碳的质量分数为１．６％的Ｆｅ—Ｃ—Ｍｎ合金中，含Ｃ，Ｍｎ结构单元的计算结果表明，Ｆｅ~ｃ，Ｆｅ~ｆ和Ｍｎ原子分别处于Ｂ种杂化的第１６，１８和１０阶，碳原子处于第６阶．同时提高Ｃ，Ｍｎ含量，可使Ｃ—Ｍｎ强键数目增多，进而导致奥氏体稳定性提高，加工硬化能力增强．     

Fe—C—Mn合金奥氏体的价电子结构分析

利用“固体与分子经验电子理论”的键距差分析法建立了Ｆｅ—Ｃ—Ｍｎ合金奥氏体的价电子结构．在碳的质量分数为１．６％的Ｆｅ—Ｃ—Ｍｎ合金中，含Ｃ，Ｍｎ结构单元的计算结果表明，Ｆｅ~ｃ，Ｆｅ~ｆ和Ｍｎ原子分别处于Ｂ种杂化的第１６，１８和１０阶，碳原子处于第６阶．同时提高Ｃ，Ｍｎ含量，可使Ｃ—Ｍｎ强键数目增多，进而导致奥氏体稳定性提高，加工硬化能力增强．     

冷拉钢丝的变形与强化SCIEI

研究了冷拉钢丝的变形及对强化的影响,结果表明:冷拉钢丝中的渗碳体片已成为易变形的塑性相,在Fe_3C/F界面上有许多“坎”(Ledge)存在,可发射位错,这可能是变形时造成Fe_3C/F界面有较高的位错密度原因之一;证实了位错可切过渗碳体片,必须考虑这一因素对强化的贡献。     

3D ATOM PROBE CHARACTERIZATION OF ALLOYING ELEMENTS PARTITIONING IN CEMENTITE OF A Nb-V MICROALLOYED STEEL

将Nb-V微合金钢在1200 ℃固溶0.5 h后淬火, 然后在450 ℃回火4 h, 结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM), 用三维原子探针(3DAP)研究渗碳体内部和渗碳体/基体界面处的元素分布和成分变化. 结果显示, 淬火样品中C原子由于自回火而出现轻微偏聚, 其它合金原子V,Nb, Si, Mn, Mo和Al等分布均匀. 450 ℃回火4 h样品中出现C原子偏聚区, 在该区域内, Mn含量较高, Mo和V轻微偏聚, Si和Al很少, 对应渗碳体析出, Si富集在渗碳体/基体界面处; 另外, 观察到C和V明显偏聚的单原子面, 周围富集Si和Mn, 对应合金碳化物析出初期形成的G.P.区, 成分主要为V4C3.     

Nb-V微合金钢中渗碳体周围元素分布的三维原子探针表征

将Nb-V微合金钢在1200℃同溶0.5 h后淬火,然后在450℃回火4 h,结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),用三维原子探针(3DAP)研究渗碳体内部和渗碳体/基体界面处的元素分布和成分变化.结果显示,淬火样品中C原子由于自回火而出现轻微偏聚,其它合金原子V,Nb,Si,Mn,Mo和Al等分布均匀.450℃回火4 h样品中出现C原子偏聚区,在该区域内,Mn含量较高,Mo和V轻微偏聚,Si和Al很少,对应渗碳体析出,Si富集在渗碳体/基体界面处;另外,观察到C和V明显偏聚的单原子面,周围富集Si和Mn,对应合金碳化物析出初期形成的G.P.区,成分主要为V4C3.     

离心铸造WC/钢复合材料显微组织

采用离心铸造工艺制备了以废弃的轴承钢GCr15为基体,WC颗粒为硬质相的WC/钢复合材料.用金相观察和X射线衍射等分析方法,对该材料的显微组织进行了研究.结果表明:离心铸造WC/钢复合材料的显微组织是由莱氏体(P+Fe_3C_Ⅱ(共晶))、一次渗碳体(Fe_3C_Ⅰ)、二次渗碳体(Fe_3C_Ⅱ)、合金渗碳体((Fe,M)_3C)等碳化物及粒状珠光体组成,且其中有大量细小的WC、W_2C、再结晶W-Fe-C颗粒以及M_6C、M_7C_3、M_(23)C_6等碳化物颗粒析出;碳化物的形态较多,主要有网状、鱼骨状、树枝状和条块状.     

贝氏体碳化物的形成机理—贝氏体相变新机制

研究贝氏体碳化物的形成规律具有重要理论意义。实验观察表明,在有碳化物贝氏体中只有θ-渗碳体和ε-Fe_(2.4)C,没有特殊合金碳化物。贝氏体碳化物呈短棒状,沿着BF的长轴方向分布(上贝氏体)或与贝氏体铁素体片呈角度分布(下贝氏体),分布于贝氏体铁素体片条内部,即贝氏体碳化物(BC)被贝氏体铁素体包围。贝氏体碳化物来源于贝氏体铁素体片条之间的富碳奥氏体或贝氏体亚单元间的富碳奥氏体。碳化物在BF/γ相界面上形核,并且向奥氏体内部长大。贝氏体碳化物的形核-长大是依靠界面原子非协同热激活迁移实现位移,铁原子和替换原子在BC/BF相界面和Bc/γ相界面上热激活跃迁,BC向奥氏体内长大,也可以向铁素体内长大。     

HfC 4TaC固溶体的价电子结构与性能

HfC与TaC在热压过程中易生成HfC 4TaC固溶体,为了预报该固溶体的宏观性能,采用固体与分子经验电子理论(EET),对其价电子结构进行分析,并与TaC、HfC基体进行比较.结果表明,在4TaC HfC固溶体中,Ta的杂阶保持不变,而Hf、C原子的杂阶略有变化;在4HfC TaC固溶体中,Hf、C原子的杂阶保持不变,而Ta原子的杂阶剧烈变化.2种固溶体的价电子结构与宏观性能均在HfC与TaC基体之间,并分别接近对应的基体.4种材料的硬度、强度、结合能、熔点排序从低到高依次为HfC、4HfC TaC、4TaC HfC、TaC.从能量与熔点角度分析,HfC与TaC接触时容易生成4TaC HfC固溶体,而4HfC TaC固溶体就难以生成.     

Cr、Mo对DO_3-Fe_3Al力学性能和电子结构影响的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Cr、Mo在DO_3-Fe_3Al金属间化合物中的占位以及对Fe_3Al力学性能和电子结构的影响。研究显示:Cr、Mo在Fe_3Al中优先替代Al原子;Cr、Mo的添加均提升了Fe_3Al的体模量、剪切模量、弹性模量以及塑性,其中Mo对Fe_3Al的模量以及塑性的提升效果更明显;Cr和Mo同时添加提高了Fe_3Al的体模量、剪切模量、弹性模量,然而略微降低了其塑性。电子结构和电荷密度分析表明:Cr、Mo对Fe_3Al力学性能提高的主要原因是Cr、Mo的s,p和d轨道电子参与了Fe_3Al的电子杂化,Cr、Mo增加了Fe_3Al的成键峰数量,且增加了Fe_3Al中原子间的重叠电子数。此外,Cr、Mo减弱了Fe_3Al中Fe-Fe间电子云的方向性。     

低温回火对超大形变冷拔珠光体钢丝显微组织和力学性能的影响

采用力学分析、SEM、TEM、3DAP和DSC技术研究了低温回火对超大应变冷拔珠光体钢丝微观组织和力学性能的影响。结果表明:应变ε≤4的钢丝,在120～170℃范围内进行低温回火能有效提高钢丝的强度,同时塑性略有下降;ε=3.0的钢丝,在150℃回火8 min后,钢丝强度提高约150 MPa;ε=4.5的钢丝,在170℃回火后,钢丝强度和塑性同时下降。钢丝经超大应变(ε=4.5)变形后,渗碳体发生分解。冷拔钢丝在150～170℃之间存在明显的放热峰,TEM衍射斑分析发现了衍射斑点拖尾的现象,这主要是由于在150℃热处理后,C原子在位错处偏聚引起的;而HRTEM分析表明,在170℃处理后,渗碳体由非晶转变为纳米晶,有效地钉扎和阻碍位错运动,这2种现象共同导致了钢丝的低温回火强化。